Raķete: definīcija, veidi, darbības princips un vēsture
Iepazīsties ar raķetēm: definīcija, veidi, darbības princips un vēsture — no seno ķīniešu šaujampulvera līdz mūsdienu kosmosa misijām.
Raķete var būt raķete, kosmosa kuģis, lidaparāts vai cits transportlīdzeklis, ko darbina raķetes dzinējs. Tas ir transportlīdzeklis, kas izmanto reakcijas spēku — izplūdes gāzu vai daļiņu izmešanu —, lai iegūtu kustības impulsu. Dažas lielas raķetes ir nesējraķetes, un dažas ir pilotējamas (piemēram, Saturn V). Citas raķetes, piemēram, raķetes, ir bezpilota raķetes. ("Ar apkalpi" nozīmē, ka tajā atrodas cilvēks; "bez apkalpes" nozīmē, ka mašīna pārvietojas bez cilvēka).
Kas ir raķete un kā tās tiek klasificētas
Raķetes var iedalīt vairākos veidos atkarībā no lietojuma, sasniedzamā ātruma un lidojuma profila:
- Neliela izmēra raķetes: izmanto pētījumiem vai kā palaišanas līdzekļus suborbitāliem lidojumiem.
- Nesējraķetes (lielas palaišanas raķetes): paredzētas, lai nogādātu satelītus vai kosmosa kuģus orbītā vai ārpus tās.
- Pilotējamie kosmosa kuģi: iekārtoti cilvēku pārvadāšanai un dzīvības atbalstam.
- Bezpilota raķetes: izmanto automātiskai satelītu palaišanai, zinātniskiem pētījumiem vai kā ieročus.
- Jonizēšanas (jonu) dzinēji un citi elektriskie dzinēji: ļoti efektīvi darba vielas patēriņā, bet ar ierobežotu vilci atmosfērā; bieži darbojas kosmosā pēc nogādāšanas orbītā ar citām raķetēm, piemēram, jonu dzinēji,.
- Fonēti un pirotehnikas ierīces: mazās vadāmajās raķetēs un uguņošanas ierīcēs.
Darbības princips
Raķešu darbību vispārīgi nosaka Ņūtona trešais likums: katrai rīcībai ir pretēja un vienāda reakcija. Raķetes dzinējs sadedzina degvielu (vai jonizē daļiņas) un izvada karstas gāzes vai strūklu atpakaļ. Šīs izplūdes gāzes rada vilces spēku, kas virza raķeti pretējā virzienā. Lielākā daļa raķešu joprojām darbojas ar uguni, kas rada karstas izplūdes gāzes, kas izplešas un izšaujas atpakaļ. Tādējādi raķete virzās uz priekšu.
Degvielas un dzinēju tipi
Raķešu dzinēji atšķiras pēc degvielas veida un darbības principa:
- Cietā degviela: vienkārša konstrukcija, augsta uzticamība un ātra uzglabāšana. To izmanto gan apšaudēs, gan mazākos palaišanas blokos.
- Šķidrā degviela: nodrošina augstāku specifisko impulsu (jaudīgāku izplūdes plūsmu) un lielāku vadāmību ieslēgšanā/izslēgšanā, bet prasa sarežģītākas tvertnes, sūkņus un drošības procedūras.
- Hibrīdie dzinēji: apvieno cieta un šķidra degvielas priekšrocības, mēģinot samazināt trūkumus.
- Elektriskie un jonizētie dzinēji: ļoti efektīvi, noderīgi ilgstošiem kosmosa manevriem, taču parasti sniedz vāju vilci un darbojas galvenokārt vakuumā.
- Nākotnes iespējas: kodolvairoga vai kodoltermiskie dzinēji var nodrošināt lielāku efektivitāti starpplanētu lidojumiem.
Lielākā daļa raķešu joprojām izmanto cieto degvielu, lai radītu uguni. Lielākās izmanto šķidro degvielu, jo tā rada karstāku uguni, tāpēc raķete ir jaudīgāka. Tomēr droša rīcība ar šķidro degvielu ir sarežģīta un dārga. Dažās satelītu nesējraķetēs izmanto abas degvielas.
Stages, vadība un precizitāte
Lielākajai daļai orbītā nokļūstošo raķešu ir vairākas pakāpes (stages). Katras pakāpes izšķiršanās, kad tās iztērē savu degvielu, samazina svaru un ļauj nākamajai pakāpei strādāt efektīvāk. Vadības sistēmas — giroskopi, inerceālās mērierīces, datoru borta programmatūra un motoru vektora vadība — nodrošina trajektorijas precizitāti, lai sasniegtu pareizu orbītu vai mērķi. Raķetes izmanto arī uguņošanas ierīcēm un ieročiem, kā arī lai kontrolētu kustību kosmosā.
Fiziskie ierobežojumi un veiktspēja
Pilotējamās raķetes, līdzīgi kā citas pilotējamās lidojošās mašīnas, ir konstruētas tā, lai ierobežotu paātrinājumu un vibrāciju, tādējādi aizsargājot apkalpi. Tomēr bezpilota raķetēm nav jāievēro cilvēku ierobežojumi. Dažas raķetes spēj sasniegt ātrumu, kas pārsniedz skaņas ātrumu (Mach 1 jeb 1225 km/h jeb 761 mph). Tās, kas lido zemajā Zemes orbītā, sasniedz ātrumu 30 000 km/h (19 000 mph).
Raķešu vēsture īsumā
Raķetes izgudroja ķīnieši, izmantojot šaujampulveri. Pirmās raķetes bija bultas formas un nebija ļoti ātras. No viduslaiku Āzijas līdz mūsdienu laikmeta attīstībai tehnoloģija pakāpeniski attīstījās: Eiropā un Tuvajos Austrumos raķetes tika izmantotas kara darbībās un uguņošanā, bet 19. un 20. gadsimtā zinātnieki, piemēram, Konstantīns Ciolkovskis, Robert H. Goddard un Hermann Oberts, izstrādāja teorētiskos pamatus un praktiskos prototipus mūsdienu raidām. 20. gadsimta otrajā pusē raķešu tehnoloģija attīstījās strauji — gan militārajā, gan civilajā lauciņā — un noveda pie cilvēku lidojumiem un satelītu izvietošanas. Jurijs Gagarins bija padomju kosmonauts, kurš 1961. gada 12. aprīlī kļuva par pirmo cilvēku, kas pacēlās kosmosā. Viņš atradās Padomju Savienības palaistajā raķetē R-7.
Pielietojumi un mūsdienu attīstība
Raķetes plaši izmanto:
- cilvēku kosmisko lidojumu un satelītu palaišanai;
- zinātniskiem pētījumiem (piedzīvojumu un atmosfēras mērījumiem);
- militārajām bruņojuma sistēmām;
- komerciālām satelītu konstelācijām un telekomunikācijām;
- ungiņošanā un izklaidē (mazas raķetes).
Modernas tendences ietver atkārtoti lietojamu raķešu izstrādi (piemēram, komerciālie paraugi, kas samazina palaišanas izmaksas), ekonomiskākas un videi draudzīgākas degvielas izvēli, kā arī attīstību elektriskajos un kodoldzinējos starpplanētu misijām.
Drošība, vides jautājumi un nākotne
Raķešu palaišanas operācijas ir sarežģītas un potenciāli bīstamas. Pilotējamās raķetes prasa dzīvības atbalsta sistēmas, noņemamu glābšanas iekārtu un stingru testēšanu. Bezpilota palaišanas gadījumā svarīgi ir precīzi vadīt trajektoriju, lai novērstu sadursmes ar citu kosmisko tehniku. Vides jautājumos tiek risināts, kā samazināt raķešu izplūdes ietekmi uz atmosfēru un palielināt reģenerējamu komponentu izmantošanu. Nākotnē sagaidāmas jaunas tehnoloģijas: plašāka reusabilitāte, attīstīta elektriskā virzība, komerciāla kosmosa tūrisma paplašināšanās un progresīvi dzinēji starpplanētu ceļojumiem.
Kopumā raķete ir universāls līdzeklis, kas ļāvis cilvēcei sasniegt Zemi apjojošas orbītas, izpētīt Saules sistēmu un ievērojami paplašināt tehnoloģiskās un zinātniskās iespējas.
Apollo 15 lidmašīnas palaišana uz Mēnesi.
Pioneers
- Konstantīns Ciolkovskis
- Roberts H. Goddards
- Vernhers fon Brauns
- Hellmuth Walter
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir raķete?
A: Raķete ir raķete, kosmosa kuģis, lidaparāts vai cits transportlīdzeklis, ko darbina raķetes dzinējs.
Q: Vai visas raķetes tiek palaistas no zemes?
A: Lielāko daļu raķešu var palaist no zemes, jo dzinēja izplūdes vilces spēks ir lielāks nekā transportlīdzekļa svars uz Zemes. Dažas raķetes ir pārāk vājas un smagas, lai pašas paceltos, un ir nepieciešamas citas raķetes, lai tās nogādātu kosmosā.
J: Kā radās raķetes?
A: Pirmās raķetes izgudroja ķīnieši, izmantojot šaujampulveri, un tās bija bultas formā. Tās nebija ļoti ātras. Lielākā daļa mūsdienu raķešu joprojām darbojas, izmantojot uguni, kad karstas izplūdes gāzes izplešas un izšaujas no aizmugures, virzot raķeti uz priekšu.
J: Kāda veida degvielu izmanto vairums raķešu?
A: Lielākā daļa raķešu izmanto cieto degvielu, lai radītu uguni, tomēr lielākās raķetes izmanto šķidro degvielu, jo tā rada karstāku uguni, tādējādi raķete ir jaudīgāka. Tomēr droša rīcība ar šķidro degvielu var būt sarežģīta un dārga, tāpēc dažas satelītu nesējraķetes izmanto gan cieto, gan šķidro degvielu.
J: Kādi ir daži raķešu izmantošanas veidi?
A: Raķetēm ir daudz pielietojumu, piemēram, satelītu palaišanai orbītā, uguņošanas ierīcēm, ieroču sistēmām un kustības kontrolei kosmosā.
J: Kas bija Jurijs Gagarins?
A: Jurijs Gagarins bija padomju kosmonauts, kurš 1961. gada 12. aprīlī kļuva par pirmo cilvēku, kas ar Padomju Savienības palaisto raķeti R-7 pacēlās kosmosā.
Meklēt